Android 插件化原理解析——Hook机制之AMSPMS
在前面的文章中我們介紹了DroidPlugin的Hook機(jī)制，也就是代理方式和Binder Hook；插件框架通過AOP實(shí)現(xiàn)了插件使用和開發(fā)的透明性。在講述DroidPlugin如何實(shí)現(xiàn)四大組件的插件化之前，有必要說明一下它對(duì)ActivityManagerServiche以及PackageManagerService的Hook方式（以下簡稱AMS，PMS）。
ActivityManagerService對(duì)于FrameWork層的重要性不言而喻，Android的四大組件無一不與它打交道：
而PMS則完成了諸如權(quán)限校撿(checkPermission,checkUidPermission)，Apk meta信息獲取(getApplicationInfo等)，四大組件信息獲取(query系列方法)等重要功能。
在上文Android插件化原理解析——Hook機(jī)制之Binder Hook中講述了DroidPlugin的Binder Hook機(jī)制；我們知道AMS和PMS就是以Binder方式提供給應(yīng)用程序使用的系統(tǒng)服務(wù)，理論上我們也可以采用這種方式Hook掉它們。但是由于這兩者使用得如此頻繁，Framework給他們了一些“特別優(yōu)待”，這也給了我們相對(duì)于Binder Hook更加穩(wěn)定可靠的hook方式。
閱讀本文之前，可以先clone一份?understand-plugin-framework，參考此項(xiàng)目的ams-pms-hook模塊。另外，插件框架原理解析系列文章見索引。
AMS獲取過程
前文提到Android的四大組件無一不與AMS相關(guān)，也許讀者還有些許疑惑；這里我就挑一個(gè)例子，依據(jù)Android源碼來說明，一個(gè)簡單的startActivity是如何調(diào)用AMS最終通過IPC到system_server的。
不論讀者是否知道，我們使用startActivity有兩種形式：
Context.startActivity
我們查看Context類的startActivity方法，發(fā)現(xiàn)這竟然是一個(gè)抽象類；查看Context的類繼承關(guān)系圖如下：
我們看到諸如Activity，Service等并沒有直接繼承Context，而是繼承了ContextWrapper；繼續(xù)查看ContextWrapper的實(shí)現(xiàn)：
| 1 2 3 4 | @Override public void startActivity(Intent intent) { mBase.startActivity(intent); } |
WTF!! 果然人如其名，只是一個(gè)wrapper而已；這個(gè)mBase是什么呢？這里我先直接告訴你，它的真正實(shí)現(xiàn)是ContextImpl類；至于為什么，有一條思路：mBase是在ContextWrapper構(gòu)造的時(shí)候傳遞進(jìn)來的，那么在ContextWrapper構(gòu)造的時(shí)候可以找到答案
什么時(shí)候會(huì)構(gòu)造ContextWrapper呢？它的子類Application，Service等被創(chuàng)建的時(shí)候。
可以在App的主線程AcitivityThread的performLaunchActivit方法里面找到答案；更詳細(xì)的解析可以參考老羅的?Android應(yīng)用程序啟動(dòng)過程源代碼分析
好了，我們姑且當(dāng)作已經(jīng)知道Context.startActivity最終使用了ContextImpl里面的方法，代碼如下：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 | public void startActivity(Intent intent, Bundle options) { warnIfCallingFromSystemProcess(); if ((intent.getFlags()&Intent.FLAG_ACTIVITY_NEW_TASK) == 0) { throw new AndroidRuntimeException( "Calling startActivity() from outside of an Activity " + " context requires the FLAG_ACTIVITY_NEW_TASK flag." + " Is this really what you want?"); } mMainThread.getInstrumentation().execStartActivity( getOuterContext(), mMainThread.getApplicationThread(), null, (Activity)null, intent, -1, options); } |
代碼相當(dāng)簡單；我們知道了兩件事：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 | public ActivityResult execStartActivity( Context who, IBinder contextThread, IBinder token, Activity target, Intent intent, int requestCode, Bundle options) { // ... 省略無關(guān)代碼 try { intent.migrateExtraStreamToClipData(); intent.prepareToLeaveProcess(); // ----------------look here!!!!!!!!!!!!!!!!!!! int result = ActivityManagerNative.getDefault() .startActivity(whoThread, who.getBasePackageName(), intent, intent.resolveTypeIfNeeded(who.getContentResolver()), token, target != null ? target.mEmbeddedID : null, requestCode, 0, null, null, options); checkStartActivityResult(result, intent); } catch (RemoteException e) { } return null; } |
到這里我們發(fā)現(xiàn)真正調(diào)用的是ActivityManagerNative的startActivity方法；如果你不清楚ActivityManager，ActivityManagerService以及ActivityManagerNative之間的關(guān)系；建議先仔細(xì)閱讀我之前關(guān)于Binder的文章?Binder學(xué)習(xí)指南。
Activity.startActivity
Activity類的startActivity方法相比Context而言直觀了很多；這個(gè)startActivity通過若干次調(diào)用輾轉(zhuǎn)到達(dá)startActivityForResult這個(gè)方法，在這個(gè)方法內(nèi)部有如下代碼：
| 1 2 3 4 | Instrumentation.ActivityResult ar = mInstrumentation.execStartActivity( this, mMainThread.getApplicationThread(), mToken, this, intent, requestCode, options); |
可以看到，其實(shí)通過Activity和ContextImpl類啟動(dòng)Activity并無本質(zhì)不同，他們都通過Instrumentation這個(gè)輔助類調(diào)用到了ActivityManagerNative的方法。
Hook AMS
OK，我們到現(xiàn)在知道；其實(shí)startActivity最終通過ActivityManagerNative這個(gè)方法遠(yuǎn)程調(diào)用了AMS的startActivity方法。那么這個(gè)ActivityManagerNative是什么呢？
ActivityManagerNative實(shí)際上就是ActivityManagerService這個(gè)遠(yuǎn)程對(duì)象的Binder代理對(duì)象；每次需要與AMS打交道的時(shí)候，需要借助這個(gè)代理對(duì)象通過驅(qū)動(dòng)進(jìn)而完成IPC調(diào)用。
我們繼續(xù)看ActivityManagerNative的getDefault()方法做了什么：
| 1 2 3 | static public IActivityManager getDefault() { return gDefault.get(); } |
gDefault這個(gè)靜態(tài)變量的定義如下：
| 1 2 3 4 5 6 7 | private static final Singleton<IActivityManager> gDefault = new Singleton<IActivityManager>() { protected IActivityManager create() { IBinder b = ServiceManager.getService("activity IActivityManager am = asInterface( return am; } }; |
由于整個(gè)Framework與AMS打交道是如此頻繁，framework使用了一個(gè)單例把這個(gè)AMS的代理對(duì)象保存了起來；這樣只要需要與AMS進(jìn)行IPC調(diào)用，獲取這個(gè)單例即可。這是AMS這個(gè)系統(tǒng)服務(wù)與其他普通服務(wù)的不同之處，也是我們不通過Binder Hook的原因——我們只需要簡單地Hook掉這個(gè)單例即可。
這里還有一點(diǎn)小麻煩：Android不同版本之間對(duì)于如何保存這個(gè)單例的代理對(duì)象是不同的；Android 2.x系統(tǒng)直接使用了一個(gè)簡單的靜態(tài)變量存儲(chǔ)，Android 4.x以上抽象出了一個(gè)Singleton類；具體的差異可以使用grepcode進(jìn)行比較：差異
我們以4.x以上的代碼為例說明如何Hook掉AMS；方法使用的動(dòng)態(tài)代理，如果有不理解的，可以參考之前的系列文章Android插件化原理解析——Hook機(jī)制之動(dòng)態(tài)代理
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 | Class<?> activityManagerNativeClass = Class.forName("android.app.ActivityManagerNative"); // 獲取 gDefault 這個(gè)字段, 想辦法替換它 Field gDefaultField = activityManagerNativeClass.getDeclaredField("gDefault"); gDefaultField.setAccessible(true); Object gDefault = gDefaultField.get(null); // 4.x以上的gDefault是一個(gè) android.util.Singleton對(duì)象; 我們?nèi)〕鲞@個(gè)單例里面的字段 Class<?> singleton = Class.forName("android.util.Singleton"); Field mInstanceField = singleton.getDeclaredField("mInstance"); mInstanceField.setAccessible(true); // ActivityManagerNative 的gDefault對(duì)象里面原始的 IActivityManager對(duì)象 Object rawIActivityManager = mInstanceField.get(gDefault); // 創(chuàng)建一個(gè)這個(gè)對(duì)象的代理對(duì)象, 然后替換這個(gè)字段, 讓我們的代理對(duì)象幫忙干活 Class<?> iActivityManagerInterface = Class.forName("android.app.IActivityManager"); Object proxy = Proxy.newProxyInstance(Thread.currentThread().getContextClassLoader(), new Class<?>[] { iActivityManagerInterface }, new IActivityManagerHandler(rawIActivityManager)); mInstanceField.set(gDefault, proxy); |
好了，我們hook成功之后啟動(dòng)Activity看看會(huì)發(fā)生什么：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 | D/HookHelper﹕ hey, baby; you are hook!! D/HookHelper﹕ method:activityResumed called with args:[android.os.BinderProxy@9bc71b2] D/HookHelper﹕ hey, baby; you are hook!! D/HookHelper﹕ method:activityIdle called with args:[android.os.BinderProxy@9bc71b2, null, false] D/HookHelper﹕ hey, baby; you are hook!! D/HookHelper﹕ method:startActivity called with args:[android.app.ActivityThread$ApplicationThread@17e750c, com.weishu.upf.ams_pms_hook.app, Intent { act=android.intent.action.VIEW dat=http://wwww.baidu.com/... }, null, android.os.BinderProxy@9bc71b2, null, -1, 0, null, null] D/HookHelper﹕ hey, baby; you are hook!! D/HookHelper﹕ method:activityPaused called with args:[android.os.BinderProxy@9bc71b2] |
可以看到，簡單的幾行代碼，AMS已經(jīng)被我們完全劫持了!! 至于劫持了能干什么，自己發(fā)揮想象吧~
DroidPlugin關(guān)于AMS的Hook，可以查看IActivityManagerHook這個(gè)類，它處理了我上述所說的兼容性問題，其他原理相同。另外，也許有童鞋有疑問了，你用startActivity為例怎么能確保Hook掉這個(gè)靜態(tài)變量之后就能保證所有使用AMS的入口都被Hook了呢？
答曰：無他，唯手熟爾。
Android Framewrok層對(duì)于四大組件的處理，調(diào)用AMS服務(wù)的時(shí)候，全部都是通過使用這種方式；若有疑問可以自行查看源碼。你可以從Context類的startActivity, startService,bindService, registerBroadcastReceiver, getContentResolver 等等入口進(jìn)行跟蹤，最終都會(huì)發(fā)現(xiàn)它們都會(huì)使用ActivityManagerNative的這個(gè)AMS代理對(duì)象來完成對(duì)遠(yuǎn)程AMS的訪問。
PMS獲取過程
PMS的獲取也是通過Context完成的，具體就是getPackageManager這個(gè)方法；我們姑且當(dāng)作已經(jīng)知道了Context的實(shí)現(xiàn)在ContextImpl類里面，直奔ContextImpl類的getPackageManager方法：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 | public PackageManager getPackageManager() { if (mPackageManager != null) { return mPackageManager; } IPackageManager pm = ActivityThread.getPackageManager(); if (pm != null) { // Doesn't matter if we make more than one instance. return (mPackageManager = new ApplicationPackageManager(this, pm)); } return null; } |
可以看到，這里干了兩件事：
我們繼續(xù)查看ActivityThread類的getPackageManager方法，源碼如下：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 | public static IPackageManager getPackageManager() { if (sPackageManager != null) { return sPackageManager; } IBinder b = ServiceManager.getService("package"); sPackageManager = IPackageManager.Stub.asInterface(b); return sPackageManager; } |
可以看到，和AMS一樣，PMS的Binder代理對(duì)象也是一個(gè)全局變量存放在一個(gè)靜態(tài)字段中；我們可以如法炮制，Hook掉PMS。
現(xiàn)在我們的目的很明切，如果需要Hook?PMS有兩個(gè)地方需要Hook掉：
Hook PMS
現(xiàn)在使用代理Hook應(yīng)該是輕車熟路了吧，通過上面的分析，我們Hook兩個(gè)地方；代碼信手拈來：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 | // 獲取全局的ActivityThread對(duì)象 Class<?> activityThreadClass = Class.forName("android.app.ActivityThread"); Method currentActivityThreadMethod = activityThreadClass.getDeclaredMethod("currentActivityThread"); Object currentActivityThread = currentActivityThreadMethod.invoke(null); // 獲取ActivityThread里面原始的 sPackageManager Field sPackageManagerField = activityThreadClass.getDeclaredField("sPackageManager"); sPackageManagerField.setAccessible(true); Object sPackageManager = sPackageManagerField.get(currentActivityThread); // 準(zhǔn)備好代理對(duì)象, 用來替換原始的對(duì)象 Class<?> iPackageManagerInterface = Class.forName("android.content.pm.IPackageManager"); Object proxy = Proxy.newProxyInstance(iPackageManagerInterface.getClassLoader(), new Class<?>[] { iPackageManagerInterface }, new HookHandler(sPackageManager)); // 1. 替換掉ActivityThread里面的 sPackageManager 字段 sPackageManagerField.set(currentActivityThread, proxy); // 2. 替換 ApplicationPackageManager里面的 mPM對(duì)象 PackageManager pm = context.getPackageManager(); Field mPmField = pm.getClass().getDeclaredField("mPM"); mPmField.setAccessible(true); mPmField.set(pm, proxy); |
好了，Hook完畢我們驗(yàn)證以下結(jié)論；調(diào)用一下PMS的getInstalledApplications方法，打印日志如下：
| 1 2 | 03-07 15:07:27.187 8306-8306/com.weishu.upf.ams_pms_hook.app D/IActivityManagerHandler﹕ hey, baby; you are hook!! 03-07 15:07:27.187 8306-8306/com.weishu.upf.ams_pms_hook.app D/IActivityManagerHandler﹕ method:getInstalledApplications called with args:[0, 0] |
OK，我們又成功劫持了PackageManager！！DroidPlugin 處理PMS的代碼可以在IPackageManagerHook查看。
在結(jié)束講解PackageManager的Hook之前，我們需要說明一點(diǎn)；那就是Context的實(shí)現(xiàn)類里面沒有使用靜態(tài)全局變量來保存PMS的代理對(duì)象，而是每擁有一個(gè)Context的實(shí)例就持有了一個(gè)PMS代理對(duì)象的引用；所以這里有個(gè)很蛋疼的事情，那就是我們?nèi)绻胍耆獺ook住PMS，需要精確控制整個(gè)進(jìn)程內(nèi)部創(chuàng)建的Context對(duì)象；所幸，插件框架中，插件的Activity，Service，ContentProvider，Broadcast等所有使用到Context的地方，都是由框架控制創(chuàng)建的；因此我們要小心翼翼地替換掉所有這些對(duì)象持有的PMS代理對(duì)象。
我前面也提到過，靜態(tài)變量和單例都是良好的Hook點(diǎn)，這里很好地反證了這句話：想要Hook掉一個(gè)實(shí)例變量該是多么麻煩!
小結(jié)
寫到這里，關(guān)于DroidPlugin的Hook技術(shù)的講解已經(jīng)完結(jié)了；我相信讀者或多或少地認(rèn)識(shí)到，其實(shí)Hook并不是一項(xiàng)神秘的技術(shù)；一個(gè)干凈，透明的框架少不了AOP，而AOP也少不了Hook。
我所講解的Hook僅僅使用反射和動(dòng)態(tài)代理技術(shù)，更加強(qiáng)大的Hook機(jī)制可以進(jìn)行字節(jié)碼編織，比如J2EE廣泛使用了cglib和asm進(jìn)行AOP編程；而Android上現(xiàn)有的插件框架還是加載編譯時(shí)代碼，采用動(dòng)態(tài)生成類的技術(shù)理論上也是可行的；之前有一篇文章Android動(dòng)態(tài)加載黑科技 動(dòng)態(tài)創(chuàng)建Activity模式，就講述了這種方式；現(xiàn)在全球的互聯(lián)網(wǎng)公司不排除有用這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)插件框架的可能 ；我相信不遠(yuǎn)的未來，這種技術(shù)也會(huì)在Android上大放異彩。
了解完Hook技術(shù)之后，接下來的系列文章會(huì)講述DroidPlugin對(duì)Android四大組件在插件系統(tǒng)上的處理，插件框架對(duì)于這一部分的實(shí)現(xiàn)是DroidPlugin的精髓，Hook只不過是工具而已。學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容需要對(duì)于Activity，Service，Broadcast以及ContentProvider的工作機(jī)制有一定的了解，因此我也會(huì)在必要的時(shí)候穿插講解一些Android Framework的知識(shí)；我相信這一定會(huì)對(duì)讀者大有裨益。
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總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的Android 插件化原理解析——Hook机制之AMSPMS的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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